В исследовании с участием группы ученых из Университета Лидса и Медицинского центра Университета Эразма в Роттердаме участвовали микроскопические виды нематод Caenorhabditis elegans.
В статье, опубликованной сегодня в журнале Communications Biology, исследователи показывают, что сенсорные клетки этого животного не только улавливают сигналы из окружающей среды, но и обрабатывают эту информацию для принятия решений, определяющих движения животного.
До сих пор ученые обычно считали, что информация от сенсорных клеток отправляется в другие цепи мозга животного для принятия решений и управления поведением.
Профессор Нетта Коэн, компьютерный нейробиолог из Университета Лидса и соавтор статьи, сказала: «Наши результаты поразительны – мы обнаружили простые механизмы, с помощью которых клетки, дегустирующие соль, управляют довольно сложной стратегией добычи кормов для продуктов питания."
Схема собирательства
Вид C. elegans питается бактериями на участках гниющей растительности в почве. Эти кусочки пищи, вероятно, будут различаться по размеру и находиться на некотором расстоянии друг от друга, в результате чего колонии червей претерпевают «бум или спад». Для отдельного животного успешный поиск пищи – это вопрос жизни или смерти.
Чтобы увеличить свои шансы на выживание, червь разработал стратегию поиска пищи, при которой он будет случайным образом пересекать территорию в поисках пищи: если не находит пищи, животное уходит в поисках других областей с возможной пищей.
Исследователи провели эксперименты и разработали модель, которая объясняет, как сенсоры вкуса червя обрабатывают информацию из окружающей среды, чтобы управлять его поведением в поисках пищи.
Они считают, что червь использует свой вкус соли в почве в качестве «навигационных маяков», двигаясь к ним, а затем, если еда не найдена, от них.
Сенсорные клетки, привлеченные солью
Нервная система C. elegans содержит 302 клетки, в том числе две вкусовые клетки, которые стимулируются присутствием соли. Эти две сенсорные клетки реагируют по-разному: одна стимулируется увеличением уровня соли, другая – снижением уровня соли.
Отправной точкой для этого исследования стало открытие исследователями под руководством доктора Герта Янсена из Роттердама о том, что когда одна из этих клеток активна, другая «спит»."
Профессор Коэн сказал: «Когда нематода впервые ощущает соленую среду, сенсорная клетка, чувствительная к увеличению концентрации соли, стимулируется – и предоставляет всю информацию, необходимую животному, чтобы направиться в соляной участок."
Но если животное не находит пищу через несколько минут, сенсибилизация сенсибилизируется. Тем временем другая вкусовая клетка, стимулируемая снижением уровня соли, становится активной, вызывая резкие повороты, которые помогают животному оставаться на соли.
В результате животное предпочитает исследовать большие участки соли.
Обе сенсорные клетки удерживают червя в соляном пятне. Но что будет, если не удастся найти еду?
Доктор Герт Янсен и его группа обнаружили, что две дополнительные сенсорные клетки привлекаются к цепи восприятия соли, когда животные подвергаются воздействию соли.
Первоначально считалось, что эти дополнительные сенсорные клетки предупреждают червя об опасностях в окружающей среде, позволяя ему резко менять направление и убираться с дороги.
Но исследование показало, что эти клетки, избегающие вреда, также включаются и выключаются как часть его стратегии навигации, позволяя ему резко менять направление, чтобы избегать соли, тем самым расширяя диапазон добычи.
Со временем все датчики продолжают циклически переключаться между их включенным и выключенным состояниями, таким образом контролируя богатую и динамичную стратегию кормодобывания.
Профессор Коэн сказал: «Мы думаем, что это механизм, встроенный в эти сенсорные клетки. Это не только удивительно эффективно, но и, что удивительно, поскольку все это происходит внутри датчиков, его очень легко реализовать с помощью базового набора инструментов, который есть почти у всех клеток мозга.
"Пока C. elegans может использовать солевые сигналы, чтобы добывать пищу, мы подозреваем, что аналогичные механизмы могут использоваться другими животными, чтобы выборочно обращать внимание на другие сигналы или особенности окружающей среды."
Исследование финансировалось Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам и Центром биомедицинской генетики Королевской Нидерландской академии наук.
Ранее в этом году команда профессора Коэна из Университета Лидса показала в статье, опубликованной в журнале Nature, что они нанесли на карту физическую организацию мозга C. elegans.